FACULTAD DE INGENIERÌA ÁREA CIENCIAS DE LA TIERRA

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1 FACULTAD DE INGENIERÌA ÁREA CIENCIAS DE LA TIERRA Nombre de la materia: FENOMENOS DE TRANSPORTE Clave Facultad: Clave CACEI:... CI Clave U.A.S.L.P.:... No. de créditos: 6 Nivel del Plan de Estudios:... V Carrera: Ingeniería Ambiental Horas/Clase/Semana: 3 Horas/Práctica (y/o Laboratorio): 0 Horas totales/semestre: 48 Trabajo extra-clase Horas/Semana: 3 Fecha última de Revisión Curricular: MAYO DEL 2014 Materia(s) requisito: CÁLCULO D (0054), BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA (4004) PROPÓSITO DEL CURSO El propósito de este curso es otorgar al estudiante herramientas para el análisis y la comprensión de sistemas ambientales, que involucren transferencia de cantidad de movimiento, energía y/o materia. Lo que permitirá establecer los conceptos básicos que rigen escenarios complejos, a partir de la descripción general de estos sistemas, y del uso de la analogía que se presenta en los procesos de transferencia. Lo anterior pretende sustentar el análisis técnico de los parámetros que inducen perturbación en el medio ambiente, buscando proveer los criterios que permitan abordar soluciones para el análisis, optimización y control sobre la dispersión y tratamiento de diversos contaminantes en el medio ambiente. OBJETIVO DEL CURSO Que el estudiante comprenda, reflexione y resuelva aplicaciones de los principios de la transferencia de calor, masa y momentum. Que identifique los mecanismos de transporte tanto molecular como macroscópico, así como las analogías existentes entre los diferentes tipos de transporte. Comprender el significado de los términos de las ecuaciones de variación, así como los tipos de condiciones de frontera asociados que permitan describir los procesos de transporte en diferentes sistemas ambientales. CONTENIDO TEMÁTICO Contenido temático y objetivos por unidad. 1. Conceptos fundamentales 5h Objetivo particular: Describir los procesos de transporte en los diferentes sistemas coordenadas, así como los principios termodinámicos que los sustentan

2 1.1 Conceptos fundamentales 5h Desarrollo histórico del estudio de los fenómenos de transporte Fundamentos termodinámicos que controlan el transporte Tipos de entes transportados Notación vectorial e indicial Tipos y transformación de sistemas coordenados. Lecturas y otros recursos: Capitulo 1. Vectores y escalares (Spiegel 1970) Capitulo 7. Coordenadas curvilíneas. (Spiegel, 1970 ) Capitulo 10. Equilibrio y espontaneidad (Smith et al., 2007) Exposición oral y trabajos para desarrollar en grupo Discusión en grupos y exposición oral de conceptos 2. Mecanismos de transporte 10 h Objetivo particular: Comprender las principales leyes que rigen el transporte molecular y evaluación de las constantes de proporcionalidad requeridas para el transporte 2.1. Las Leyes de transporte molecular La Ley de Newton y la viscosidad La Ley de Fourier y la conductividad térmica La Ley de Fick y el coeficiente de difusión 2.2 Expresiones para el cálculo de los parámetros de proporcionalidad 4h Viscosidad Conductividad térmica Coeficiente de difusividad molecular Correlaciones generalizadas para evaluar los coeficientes de proporcionalidad 2.3 Transporte convectivo y expresiones generalizadas del transporte Tensor de flujo de cantidad de movimiento combinado Vector de flujo de energía combinado Vector de flujo de materia combinado. Lecturas y otros recursos: Perry y Chilton, 1986 Biblioteca del ingeniero químico Vol. 3. Exposición oral y trabajos para desarrollar en grupo Cálculos de propiedades de trasporte en diferentes fases y uso de las cartas generalizadas. 3. Ecuaciones de variación y analogías 18h Objetivo particular: Definir las ecuaciones de variación e identificar las analogías existentes en los procesos de transporte, en los diferentes sistemas coordenados 3.1 Análisis de la Envolvente 9h Metodología de balances en la envolvente y condiciones frontera Balance de cantidad de movimiento y distribución de velocidades Balances de energía y distribución de temperaturas Balances de materia y distribución de concentraciones. 3.2 Ecuaciones de variación para sistemas isotérmicos Ecuación de continuidad y derivada material Ecuación de movimiento: Ec. Navier- Stokes Sistemas de flujo de fluidos Newtonianos y no Newtonianos Distribución de velocidades en sistemas coordenados rectangulares, cilíndricos y esféricos. 3.3 Analogías en las ecuaciones de variación La primera Ley de la termodinámica La ecuación de energía mecánica La Segunda Ley de Fick Análisis e identificación de los procesos incluidos en los términos de las ecuaciones de variación.

3 Lecturas y otros recursos: Notas del curso de Fenómenos de transporte de Powell A. (2004) Exposición oral y trabajos para desarrollar en grupo Análisis en clase de diferentes sistemas de transporte. 4. Casos particulares de estudio y soluciones análogas 9h Objetivo particular: Identificar las condiciones de frontera que acotan y definen las soluciones particulares de casos de estudio clásicos en fenómenos de transporte. 4.1 Análisis de sistemas de transferencia de calor Por conducción Por convección 4.2 Análisis de sistemas de transferencia de masa Por Difusión Con reacción química Por Convección Procesos Mixtos (Reacción-Difusión; Reacción-Convección; Difusión-Convección) Lecturas y otros recursos Análisis de la solución de un problema relacionado con transferencia de masa Lectura de la solución del problema de: - Oxygen metabolism of a spherical bacterial aggregate (Powell, 2004) Métodos de enseñanza Resolución de problemas típicos en clase, que permiten ver los protocolos de solución de las ecuaciones diferencial parciales y familiarizarse con las condiciones de frontera más comunes. Actividades de aprendizaje Resolución de problemas en clase y presentación de problemas reales asociados. 5. Capa límite y coeficientes de transferencia de masa y calor Objetivo particular: Establecer el modelo de capa límite y las estrategias básicas de solución, así como los protocolos que permitan definir los números adimensionales, su interpretación física y su relación con los coeficientes de transferencia de masa y calor. 5.1 Modelos de capa límite Teoría de la capa límite Coeficientes de transferencia de calor Coeficientes de transferencia de masa 5.2 Números adimensionales y regímenes de flujo 4h Variables adimensionales Números adimensionales asociados y su significado físico Regímenes de flujo (Laminar y Turbulento) Identificación de la etapa controlante Lecturas y otros recursos Lectures on Fluid Flow and Kinetics de Adam Powell (2004) capitulo 3.21 Métodos de enseñanza Exposición oral y trabajos para desarrollar en grupo Actividades de aprendizaje Análisis y discusión de las lecturas recomendadas y resolución de problemas típicos METODOLOGÍA Exposición oral de conceptos, dinámicas de grupo, desarrollo de problemas, manejo de herramientas de cómputo y trabajos de investigación. Todos los ejemplos desarrollados en el curso, estarán enfocados a la descripción

4 fenomenológica de casos de estudio de interés ambiental. Métodos Exposición oral de los temas, planteamiento y resolución de problemas típicos Prácticas N/A EVALUACIÓN Elaboración y/o presentación de Periodicidad Abarca Ponderación (semanas) Primer examen parcial 5 Unidad 1 y 2 20 Segundo examen parcial 5 Unidad 3 20 Tercer examen parcial 6 Unidad 4 y 5 20 Otra actividad 1 10 Otra actividad 2 10 Examen ordinario 20 TOTAL 100 Examen a título Incluirá el contenido de las unidades 1 a 4 Examen de regularización Incluirá el contenido de las unidades 1 a 4 Otros métodos y procedimientos Desarrollo y solución de problemas BIBLIOGRAFÍA Bibliografía y recursos informáticos Textos básicos - Bird R. B., Steward W. E., and Lightfoot E. N. Fenómenos de Transporte, Segunda edición Reverté S.A., Barcelona, España, Cussler E.L., Diffusion. Mass transfer in fluid systems. Second Ed. Cambridge University Press, Lobo R., Principios de transferencia de masa. Universidad Autónoma metropolitana Welty J.R., Wicks C.E., Wilson R.E. and Rorrer G., Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 4th Ed. John Wiley & Sons, Textos complementarios - Finlayson B.A. Non linear analysis in chemical engineering. Mc Graw Hill Inc Incropera F.P., De Witt D.P., Bergman T.L. and Lavine A.S., Introduction to heat transfer, 5a. Ed. John Wiley & Sons, Powell Adam 2004, - Spiegel M.R. Analisis vectorial. Mc Graw Hill Inc Slattery J. C., Advanced Transport Phenomena; Third Ed. Cambridge University Press, Smith J.M., and Van Ness H.C. y Abbott M.M. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química, 7ª Edición. Mc Graw Hill, Treybal R. E., Operaciones de Transferencia de Masa. Mc Graw Hill, Perry R.H. y Chilton C.H. Biblioteca del ingeniero químico. Mc Graw Hill, 1986.

5 Sitios de Internet El Archivo de Fenómenos de Transporte es un espacio para el desarrollo colaborativo de recursos educativos relacionados a fenómenos de transporte (